丁基橡胶/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:lkzhlk
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基于先进的“基础隔震”理念,叠层橡胶隔震支座是提高建筑物抗震能力、降低地震带来的生命财产损失的重要制件。目前隔震支座用橡胶材料主要选用具有拉伸诱导结晶性能的天然橡胶,具有隔震支座所需的高强度、高弹性、低压缩永久变形性能,但其阻尼性能差,不能满足高阻尼隔震支座用橡胶材料的需求。因此,设计和制备兼具高阻尼、高强度、高弹性等性能的隔震支座用新型橡胶复合材料具有重要的意义。本论文采用特殊的共混工艺将阻尼性能优异的丁基橡胶(IIR)与天然橡胶(NR)按照不同配比共混并用,得到了一系列NR/ⅡR复合材料。通过扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等观察复合材料的微观结构、微观分散等情况;使用微机控制型万能实验机、动态力学分析仪(DMTA)、橡胶加工分析仪(RPA)等研究复合材料的动态力学性能和静态物理机械性能;应用高低温拉伸试验机和上海光源同步辐射WAXD,探索复合材料的拉伸结晶及双拉伸结晶现象。研究了丁基橡胶的预硫化工艺(温度、时间)对复合材料的共硫化特性、力学性能等的影响;将一种高异戊二烯含量的异丁烯和异戊二烯嵌段共聚物作为NR和IIR并用相容剂,研究了相容剂的用量对复合材料微观结构、动态力学性能及物理机械性能的影响及机理。论文的主要工作成果如下:(1)随着ⅡR用量的增加,NR/ⅡR复合材料的阻尼温域拓宽,损耗因子提高,表现出了很好的阻尼特性。NR/ⅡR并用比为90/10时,tanδ峰值能达到1.0,比纯NR提高了18%,有效阻尼温域从-59.6℃到-29.5℃,比纯NR向高温区域移动了10℃左右。由于天然橡胶和丁基橡胶具有拉伸诱导结晶的特性,因此NR/ⅡR复合材料也表现出一定的拉伸结晶特性。在NR中加入ⅡR时,随着ⅡR组分的增加其力学性能有明显的下降,当配比达到NR/ⅡR(60/40)时,其拉伸强度由NR的27.9MPa下降到共混胶的9.6MPa,降低了66%,这主要是因为NR和ⅡR二者的相容性较差且很难进行共硫化造成力学性能较差。(2)添加一种新型相容剂(高异戊二烯含量的异丁烯和异戊二烯嵌段共聚物)制备NR/ⅡR(80/20)橡胶复合材料。加入相容剂后,材料的界面相互作用区域变得更宽更明显,表明相容效果得到明显改善。与未添加相容剂的样品比较,该复合材料表现出更高的阻尼性能,200%应变下的损耗因子tanδ值提高了120%之多;当加入4.0份相容剂时,复合材料的拉伸强度从19.1MPa增加到21.6MPa,增加了13.1%。因此,加入相容剂的NR/ⅡR复合材料获得了更好的阻尼性能,在橡胶支座领域具有很好的应用前景。(3)将在140℃下预硫化20分钟的丁基橡胶用于NR/ⅡR橡胶复合材料的制备,与传统工艺NR/ⅡR橡胶复合材料相比,材料的整体力学强度均有大幅度的提高。NR/ⅡR共混比为70/30时,NR/ⅡR橡胶复合材料的拉伸强度又13.0MPa提高到20.9MPa,提高了61%,撕裂强度由30.9KN/m提高到41.2KN/m,提高了33%。丁基橡胶经过预硫化后,NR/ⅡR橡胶复合材料试样的分散相更多的表现出的是狭长的条形状,表明两相的分散效果得到很好的改善。
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